具有静电保护的脑电信号程控放大器的研制

摘要

要实现以事件相关脑电位(ERP)为通信载波的脑-计算机接口，ERP成分的检测是关键。ERP信号微弱，背景噪声很强，要求放大电路具有极高的增益的同时必须有效地抑制各种噪声，特别是抗静电干扰以及基线漂移的自动修正，一直是人们关注的问题。 设计中选取输入端为场效应管的仪表运算放大器为前置放大器，保证了电路的高输入阻抗、高共模抑制比以及低噪声性能。但是，该器件对静电相当敏感，在干燥的环境中，人体与衣服的摩擦将产生很强的静电，在CMOS器件作为前置级的放大器工作时，获得了极大能量的电子流将击穿COMS管的绝缘栅并停留在那里，从而使得放大器无法正常工作。即使关闭电源重新启动系统，由于绝缘栅中的电子无法获得足够的能量逃逸，系统在相当长的时间内也无法恢复。为此，抗静电干扰是设计中的重要环节。 通常静电的作用时间极短，可以在电路中接入电容器来吸收它的能量。但是，电容量大范围地调整又十分困难，仪表运算放大器两个输入端电容量不对称的误差将极大地减小放大器的共模抑制比。为此设计了一个有源储能电路，通过该电路能精密调节等效电容量的大小，在不影响共模抑制比的前提下，提高放大器的抗静电能力，增强系统的可靠性。 对于高增益的微弱信号检测，基线漂移的存在往往使后续电路容易出现饱和，导致测量结果失真。因此如何有效地抑制基线漂移也是必须首先解决的问题。本系统采用模拟和数字电路相结合的方法去除基线漂移，利用DSP从已采集的记录中确定基线的变化趋势，将基线的变化信息反馈到基线抑制电路的输入端，从而实现脑电信号基线漂移的自动调整。 实验结果表明，本文设计的ERP检测电路，提高了系统的静电保护能力，较好地实现了基线漂移的自动调整。